[发明专利]一种节能短流程原位颗粒增强A356基复合材料轮毂制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种节能短流程原位颗粒增强A356合金轮毂制造的新方法，属 于一种轻合金轮毂的新材料和制造新方法，特别是轮毂制造流程中复合技术及短 流程热处理工艺。

背景技术

轮毂是高档轿车、轻型客车、运动车等车辆的重要关键安全部件之一。为了 满足人们对汽车更节能、更安全、更环保的新要求，轮毂正在向轻量化、高强度、 抗疲劳、大直径、更美观的方向发展。

A356合金作为高强度Al-Si-Mg系合金在汽车、摩托车等领域受到了广泛地 应用，特别是轮毂件。仅在2008年我国国内A356铝合金汽车轮毂的市场就达 5100万件，预计到2010年全球A356铝合金汽车轮毂的市场需求将达到2.5亿 件以上。目前A356铝合金轮毂主要采用通过低压铸造或重力铸造等铸造成型后， 进行T6热处理后使用。

当前，世界轻合金轮毂制造业正在向中国转移，发达国家纷纷加大在中国 的采购份额，使我国轻合金轮毂产业在最近十多年时间里得到了迅猛的发展。由 于大直径、轮辋宽，使轮胎与地面的接触面积更大，从而增加汽车与地面的附着 力和摩擦力，使汽车的操纵性能更好，提高汽车的安全性。根据预测，到2010 年20英寸以上直径的铝合金轮毂将会成为轿车车轮的标准配置。车轮生产商已 开始着手安排22、24英寸及以上铝合金轮毂的生产线，以应付市场的新需求。 采用传统工艺制造的铝车轮，能够满足一般车辆行驶的要求，但在瞬间大载荷、 高速行驶等复杂条件下，铝轮毂的过量变形等问题已成为汽车行驶安全性的重要 影响因素，因此对轮毂材料的性能和车轮的制造技术提出了更高的要求。为了满 足大直径铝轮毂制造的要求，国内外在材料性能方面不断提高，在制造技术方面 不断创新，取得了不少成果。英国的Lee等人的研究表明，A356合金中Fe含量 会影响合金的高周疲劳寿命，即Fe含量越高，铝合金的疲劳寿命越低。巴西的 Ferrante等人的研究指出，在A356合金中加入0.5wt.％Sn有助于降低合金中Fe 的金属间化合物的体积，从而提高合金的综合性能。挪威的Sabatino等人指出， 在A356合金中，消除氧化物夹杂的量，可以有效提高抗拉强度和伸长率。法国 Malchere等人的研究表明，在复合材料中增强体颗粒体积分数相同的情况下，随 着颗粒尺寸减小，其比表面积显著增加，有利于改善增强体与基体之间的界面结 合。由于增强体/基体的界面属于晶体学不完整界面，表面活性高，在增强体颗 粒尺寸小于微米量级时，大量活性界面的引入，导致亚微米级复合材料的强塑性 增加。纳米颗粒(100nm以下)对Al基体虽然也表现出良好的强化作用，但因 纳米颗粒易于团聚，使其增强效果大为降低。另外，增强体颗粒的形态，将直接 影响复合材料的韧性和抗疲劳特性，圆整的颗粒将有利于提高材料的韧性和抗疲 劳特性。

国内徐维等人研究表明，在A356合金中加入0.2％左右的混合稀土，可以 明显提高材料的抗拉强度和伸长率。上海交通大学张亦杰等人的研究表明，在 A356合金中，通过熔盐熔体反应，生成TiB₂颗粒，当颗粒体积分数为10％时， 合金的抗拉强度提高20％左右，伸长率则下降60％。哈尔滨工业大学、东北大 学、中国科学院金属研究所等单位还先后对亚微米颗粒增强铝基复合材料的组 织、性能进行了研究，但大多数是外加颗粒增强铝基复合材料，实际上仍没有很 好地解决界面结合问题。在反应合成铝基复合材料研究方面，南昌大学最近的报 道指出，将气流法和快速搅拌工艺相结合成功制备了增强颗粒小于0.5μm且较均 匀分布的TiB₂/Al基复合材料，但仅在实验室实验阶段。